Wasserstoff-Autos: Wasser(dampf) als «Abgas»

Der Wasserstoffantrieb gilt als die Technologie der Zukunft. Doch die Brennstoffzellen-Technologie ist bereits in der Gegenwart angekommen. In der Schweiz sind seit 2020 die ersten Wasserstofftrucks unterwegs. Bis im Jahr 2025 wollen der Förderverein H₂-Mobilität gemeinsam mit dem koreanischen Hersteller Hyundai eine Flotte von 1600 mit Wasserstoff betriebenen LKW auf die Strasse bringen. Entsprechend ist ein Netz von Wasserstoff-Tankstellen im Aufbau. Die Nutzfahrzeuge spielen dabei eine Pionierrolle, später sollen auch Personenwagen von dieser Infrastruktur profitieren.

Technisch wird zwischen zwei Arten von Wasserstoffantrieben unterschieden:

Die Brennstoffzelle

In der Brennstoffzelle wird elektrischer Strom aus Wasserstoff gewonnen. Das geschieht durch die Umkehrung der Elektrolyse. Die Brennstoffzelle fungiert als eine Art Mini-Wasserstoff-Kraftwerk an Bord des Fahrzeugs. Dort wird Sauerstoff (O₂) durch die Brennstoffzellen-Stacks geblasen und trifft auf Wasserstoff (H₂), dabei entsteht Strom für den Antrieb. Gleichzeitig stösst der Wagen nur Wasserdampf beziehungsweise Wasser (H₂O) als Emission aus.

Der Wasserstoff-Verbrennungsmotor

Im Gegensatz zur Brennstoffzelle, mit der ein elektrischer Motor angetrieben wird, lässt sich Wasserstoff auch direkt als Kraftstoff für einen Verbrennungsmotor nutzen. Grundlage ist die Knallgasreaktion (zwei Teile Wasserstoff mit einem Teil Sauerstoff). In den 1990er-Jahren forschte BMW am Wasserstoff-Verbrennungsmotor, stellte die Entwicklung aber 2009 ein. Auch Mazda betrieb den Prototyp eines Wankelmotors, der Wasserstoff verbrannte.

In der H₂-Mobilität scheint die Brennstoffzelle heute alle Trümpfe in der Hand zu haben. Gegenüber dem batterieelektrischen Fahrzeug (BEV) hat die Brennstoffzelle einen gewichtigen Nachteil: Die Erzeugung des Wasserstoffs mit Strom und die erneute Umwandlung in Strom knabbern am Wirkungsgrad. Eine 2019 veröffentlichte Studie des Vereins Deutscher Ingenieure (VDI) stellt fest, dass Batterieautos «die eingesetzte Primärenergie mindestens um etwa den Faktor 2 effizienter nutzen als Brennstoffzellen-Fahrzeuge.»

Dafür punktet die Brennstoffzelle mit der Reichweite, die jener von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor gleichkommt. Zudem lässt sich Wasserstoff ähnlich schnell und unkompliziert tanken wie Benzin, Diesel oder CNG. Der Ladevorgang bei Batterien benötigt deutlich mehr Zeit.